هذا الصيف في شيكاغو ، من 3 أغسطس إلى العاشر ، سيشارك المنظرون والفيزيائيون التجريبيون من جميع أنحاء العالم في المؤتمر الدولي لفيزياء الطاقة العالية (ICHEP). يأتي أحد أبرز أحداث هذا المؤتمر من مختبرات سيرن ، حيث يعرض فيزيائيو الجسيمات ثروة البيانات الجديدة التي أنتجها مصادم الهادرون الكبير (LHC) حتى الآن هذا العام.
ولكن وسط كل هذه الإثارة التي تأتي من القدرة على النظر إلى أكثر من 100 نتيجة أخيرة ، كان لا بد من مشاركة بعض الأخبار السيئة. بفضل جميع البيانات الجديدة التي قدمها المصادم LHC ، تلاشت الآن فرصة اكتشاف جسيم أولي جديد - وهو احتمال بدأ ظهوره على الأرجح قبل ثمانية أشهر. سيء جدًا ، لأن وجود هذا الجسيم الجديد كان سيحدث رائدًا!
ظهرت مؤشرات هذا الجسيم لأول مرة في ديسمبر من عام 2015 ، عندما لاحظت فرق من الفيزيائيين الذين يستخدمون اثنين من كاشفات الجسيمات CERN (ATLAS و CMS) أن التصادمات التي أجراها LHC كانت تنتج أزواجًا من الفوتونات أكثر مما كان متوقعًا ، وبطاقة مشتركة 750 جيجا إلكترون فولت. في حين أن التفسير الأكثر ترجيحًا هو حظ إحصائي ، كان هناك احتمال محير آخر - أنهم يرون أدلة على جسيم جديد.
إذا كان هذا الجسيم حقيقيًا في الواقع ، فمن المحتمل أن يكون نسخة أثقل من بوزون هيجز. تم اكتشاف هذا الجسيم ، الذي يعطي الجزيئات الأولية الأخرى كتلتها ، في عام 2012 من قبل الباحثين في CERN. ولكن في حين أن اكتشاف بوزون هيجز أكد النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات (والذي كان الاتفاقية العلمية على مدار الخمسين عامًا الماضية) ، فإن الوجود المحتمل لهذا الجسيم كان غير متوافق معه.
نظرية أخرى ، ربما أكثر إثارة ، كانت أن الجسيم هو الجرافيترون الذي طال انتظاره ، الجسيم النظري الذي يعمل بمثابة "حامل القوة" للجاذبية. لو كان بالفعل هذه الجسيمات ، ثم سيكون لدى العلماء في نهاية المطاف طريقة لشرح كيف تسير النسبية العامة وميكانيكا الكم - وهو الأمر الذي استعصى عليهم لعقود وعطل تطور نظرية كل شيء (ToE).
لهذا السبب ، كانت هناك درجة معقولة من الإثارة في المجتمع العلمي ، حيث تم إنتاج أكثر من 500 ورقة علمية حول هذا الموضوع. ومع ذلك ، وبفضل الكميات الهائلة من البيانات المقدمة في الأشهر القليلة الماضية ، اضطر باحثو CERN للإعلان يوم الجمعة في ICEP 2016 أنه لا يوجد دليل جديد على وجود جسيم.
تم تقديم النتائج من قبل ممثلي الفرق التي لاحظت لأول مرة البيانات غير العادية في ديسمبر الماضي. يمثل كاشف ATLAS لـ CERN ، الذي لاحظ أزواج الفوتون لأول مرة ، برونو لينزي. في هذه الأثناء ، كيارا روفيلي يمثل الفريق المتنافس الذي يستخدم الملف اللولبي المدمج ميون (CMS) ، الذي أكد القراءات.
كما أظهروا ، فإن القراءات التي أشارت إلى نتوء في أزواج الفوتون في ديسمبر الماضي دخلت منذ ذلك الحين إلى الخط المستقيم ، مما أزال أي شك حول ما إذا كان صدفة أم لا. ومع ذلك ، مثل Tiziano Campores - المتحدث باسم C.M.S. - نقلا عن نيويورك تايمز كما عشية الإعلان ، كانت الفرق واضحة دائمًا بشأن عدم كون هذا الاحتمال محتملًا:
"لا نرى أي شيء. في الواقع ، هناك حتى عجز صغير بالضبط في تلك المرحلة. إنه أمر مخيب للآمال لأنه تم الإعلان عن الكثير من الضجيج. [لكن] لقد كنا دائمًا رائعين جدًا في هذا الأمر. "
تم ذكر هذه النتائج أيضًا في ورقة قدمتها CERN إلى CMS. فريق في نفس اليوم. وقد رددت مختبرات CERN هذه العبارة في بيان صحفي صدر مؤخرًا والذي تناول أحدث عمليات نقل البيانات المقدمة في ICEP 2016:
"على وجه الخصوص ، فإن التلميح المثير للاهتمام لصدى محتمل عند 750 جيجا فولت من الانحلال في أزواج الفوتون ، مما تسبب في اهتمام كبير من بيانات عام 2015 ، لم يظهر مرة أخرى في مجموعة بيانات أكبر بكثير لعام 2016 وبالتالي يبدو أنه تقلب إحصائي."
كانت هذه كلها أخبار مخيبة للآمال ، حيث أن اكتشاف جسيم جديد يمكن أن يلقي بعض الضوء على العديد من الأسئلة الناشئة عن اكتشاف بوزون هيجز. منذ أن لوحظ لأول مرة في عام 2012 ، وتم تأكيده لاحقًا ، كان العلماء يكافحون من أجل فهم كيف أن الشيء نفسه الذي يعطي جزيئات أخرى كتلتها يمكن أن يكون "خفيفًا".
على الرغم من كونها الجسيم الأولي الأثقل - مع كتلة 125 مليار إلكترون فولت - توقعت نظرية الكم أن يكون بوزون هيجز تريليونات مرات أثقل. من أجل تفسير ذلك ، كان الفيزيائيون النظريون يتساءلون عما إذا كانت هناك في الواقع بعض القوى الأخرى التي تعمل على إبقاء كتلة بوزون هيجز في مكانها - أي بعض الجسيمات الجديدة. على الرغم من عدم اكتشاف جسيمات غريبة جديدة حتى الآن ، إلا أن النتائج لا تزال مشجعة حتى الآن.
على سبيل المثال ، أظهروا أن تجارب المصادم LHC قد سجلت بالفعل حوالي خمسة أضعاف البيانات في الأشهر الثمانية الماضية أكثر مما سجلته في العام الماضي بأكمله. كما عرضوا على العلماء لمحة عن كيفية تصرف الجسيمات دون الذرية في طاقات 13 تريليون إلكترون فولت (13 تي في) ، وهو مستوى جديد تم الوصول إليه العام الماضي. تم تحقيق مستوى الطاقة هذا من خلال الترقيات التي تم إجراؤها على المصادم LHC خلال فترة توقفه لمدة عامين ؛ قبل ذلك ، كان يعمل فقط بنصف القوة.
شيء آخر يستحق التفاخر به هو حقيقة أن المصادم LHC تجاوز جميع سجلات الأداء السابقة في يونيو الماضي ، ووصل إلى ذروة لمعان تبلغ 1 مليار تصادم في الثانية. إن القدرة على إجراء التجارب على مستوى الطاقة هذا ، وإشراك العديد من التصادمات ، قد زودت باحثي المصادم LHC بمجموعة بيانات كبيرة بما يكفي بحيث يتمكنون من إجراء قياسات أكثر دقة لعمليات النموذج القياسي.
على وجه الخصوص ، سيكونون قادرين على البحث عن تفاعلات الجسيمات الشاذة عند الكتلة العالية ، والتي تشكل اختبارًا غير مباشر للفيزياء خارج النموذج القياسي - على وجه التحديد الجسيمات الجديدة التي تنبأت بها نظرية التناظر الفائق وغيرها. وعلى الرغم من أنهم لم يكتشفوا بعد أي جسيمات غريبة جديدة ، إلا أن النتائج لا تزال مشجعة حتى الآن ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنها تظهر أن المصادم LHC ينتج المزيد من النتائج أكثر من أي وقت مضى.
وبينما اكتشف شيئًا يمكن أن يفسر الأسئلة الناشئة عن اكتشاف بوزونات هيغز كان من الممكن أن يكون إنجازًا كبيرًا ، يتفق الكثيرون على أنه كان من السابق لأوانه رفع آمالنا. وكما قالت فابيولا جيانوتي ، المدير العام لـ CERN:
"نحن فقط في بداية الرحلة. إن الأداء الرائع لمسرع LHC ، والتجارب ، والهيئات الحوسبية جيد للغاية لاستكشاف مفصل وشامل لمقياس طاقة TeV العديدة ، والتقدم الكبير في فهمنا للفيزياء الأساسية ".
في الوقت الحالي ، يبدو أنه سيتعين علينا جميعًا التحلي بالصبر وانتظار المزيد من النتائج العلمية ليتم إنتاجها. ويمكننا جميعًا أن نعزف حقيقة أنه ، على الأقل حتى الآن ، لا يزال النموذج القياسي يبدو هو النموذج الصحيح. من الواضح أنه لا توجد طرق مختصرة عندما يتعلق الأمر باكتشاف كيفية عمل الكون وكيف تتوافق كل قوىه الأساسية معًا.
